典型化学反应的危险性及基本安全技术规程

内容

一、典型化学反应的危险性

化学反应是科学研究和工业生产的基础，然而，它们也可能带来潜在的危险。以下是一些典型的化学反应及其可能的风险：

1. 氧化反应：在氧气或其他氧化剂存在下发生的反应，可能导致火灾或爆炸，如金属燃烧。

2. 还原反应：与氧化反应相反，可能导致有毒气体产生，如氢气还原氧化铜时可能产生一氧化碳。

3. 酸碱反应：可能释放大量热量，引发热烫伤，或生成有害气体，如盐酸和氨的反应会生成刺激性烟雾。

4. 配位反应：涉及形成配位键，某些配合物可能有毒，如含汞或铅的配合物。

5. 聚合反应：聚合物链增长可能导致压力升高，甚至爆炸，如聚乙烯的制备。

二、基本安全技术规程

1. 个人防护装备：操作化学反应时，应穿戴防护眼镜、实验服、手套和防化鞋，防止化学物质接触皮肤和眼睛。

2. 通风设施：实验室应设有良好的通风系统，确保有害气体及时排出。

3. 安全设备：配备灭火器、紧急洗眼装置和应急淋浴设备，以应对意外情况。

4. 化学品管理：储存化学品时，应遵循化学相容性原则，避免相互接触引发反应。使用后及时密封，标签清晰。

5. 操作规程：严格按照实验步骤进行，避免过快添加反应物，尤其在加热或搅拌过程中。

6. 应急响应：熟悉应急预案，一旦发生事故，迅速采取措施，如疏散、报警和急救。

7. 培训和监督：所有实验人员都应接受安全培训，并在有经验的监督下进行高风险操作。

8. 废物处理：正确处置化学废物，避免污染环境。

9. 定期检查：定期检查实验室设备和安全设施，确保其功能正常。

10. 记录与报告：详细记录实验过程和结果，及时报告任何异常现象或事故。

通过遵守这些规程，我们可以最大限度地降低化学反应的潜在危险，保障实验人员的安全和实验的顺利进行。

标准

本规程参照《实验室安全管理规范》（gb/t 3797-2008）、《化学品安全操作规程》（gbz 159-2004）等相关国家标准制定，旨在为化学实验操作提供科学、实用的安全指导。各实验室应结合自身实际情况，制定具体的安全操作细则，并定期进行安全审核和培训，确保规程的有效执行。

典型化学反应的危险性及基本安全技术规程范文

在化工生产中不同的化学反应有不同的工艺条件,不同的化工过程有不同的操作规程。评价一套化工生产装置的危险性,不要单看它所加工的介质、中间产品、产品的性质和数量,还要看它所包含的化学反应类型及化工过程和设备的操作特点。因此,化工安全技术与化工工艺是密不可分的。作为基础,本节首先讨论典型化学反应的危险性及其相关基本安全技术。

一、氧化反应

绝大多数氧化反应都是放热反应。这些反应很多是易燃易爆物质(如甲烷、乙烯、甲醇、氨等)与空气或氧气参加,其物料配比接近爆炸下限。倘若配比及反应温度控制失掉,既能发生爆炸燃烧。某些氧化反应能生成危险性更大的过氧化物,它们化学稳定性极差,受高温、摩擦或撞击便会分解,引燃或爆炸。

有些参加氧化反应物料的本身就是强氧化剂,如高锰酸钾、氯酸钾、铬酸酐、过氧化氢,它们的危险性极大,在与酸、有机物等作用时危险性就更大了。

因此,在氧化反应中,一定要严格控制氧化剂的投料量(即适当的投料比例),氧化剂的加料速度也不易郭凯。要有料号的搅拌和冷却装置,防止温升过快、过高。此外,要防止由于设备、物料含有的杂质而引起的不良副翻译你干,例如有些氧化剂遇金属杂质会引起分解。使用空气是一定要净化,除掉空气中的灰尘、水分和油污。

当氧化反应过程以空气和氧为氧化剂是,反应物料配比应严格控制在爆炸范围以外。如乙炔氧化制环氧乙烷,乙烯在氧气中的爆炸下限为91%,及含氧量9%。反应系统中氧含量要严格控制在9%以下。其产物环氧乙烷在空气中的爆炸极限范围很宽,为3%--100%。其次,反应放出大量的热增加了反应体系的温度。在高温下,由乙烯、氧和环氧乙烷组成的循环气体具有更大的爆炸危险性。针对上述两个问题,工业上采用加入惰性气体(氮气、二氧化碳或甲烷等)的方法,来改变循环气的成分,缩小混合气的爆炸极限,增加反应系统的安全性;其次,这些惰性气体具有较高的热熔,能效地带走部分反应热,增加反应系统的稳定性。

这些惰性气体叫做致稳气体,致稳气体在反应中不消耗,可以循环使用。

二、还原反应

还原反应种类很多。虽然多数还原放映的反应过程比较缓和,但是许多还原反应会产生氢气或使用氢气,增加了反应火灾爆炸的危险性,从而使防火防爆问题突出;另外有些反应使用的还原剂和催化剂具有很大的燃烧和爆炸危险性,下面就不同情况作一介绍。

1、利用初生态氢还原

利用铁粉、锌粉等金属在酸、碱作用下生成初生态氢起还原作用。例如硝基苯在盐酸溶液中被铁粉还原成苯胺。

在此反应中,铁粉和锌粉在潮湿空气中遇酸性气体是可能引起自燃,在存储时应特别注意。

反应时酸、碱的浓度要控制适宜,浓度过高或过低均使产生初生态氢的量不稳定,使反应难以控制。反应温度也不易过高,否则容易突然产生大量氢气而造成冲料。反应过程中应注意搅拌效果,防止铁粉、锌粉下沉。一旦温度过高,底部金属颗粒动能加大,将加速反应,产生大量氢气而造成冲料。反应结束后,反应器内残渣中仍有铁粉、锌粉仍继续作用,不断放出氢气,很不安全,应将残渣放入室外储槽中,加冷水稀释,槽上加盖并设排气管一导出氢气。待金属粉消耗殆尽,再加碱中和。若急于中和,则容易产生大量氢气并生成大量的热,将导致燃烧爆炸。

2、在催化剂作用下加氢

有机合成工业和油脂化学工业中,常用雷尼镍、钯碳等为催化剂使氢活化,然后加入有机物质分子中起还原反应,例如苯在催化作用下,经加氢气生成环乙烷。

催化剂雷尼镍和钯碳在空气中吸潮后有自燃的危险。钯碳更易自燃,平时不能暴露在空气中,而要浸在酒精中保存。反应前必须用氮气置换反应器中的全部空气,经测定证实含氧量降低到规定要求后,方可通入氢气。反应结束后应先用氮气把氢气置换掉,并以氮封保存。

此外,无论是利用初生态氢还原,还是用催化加氢,都是在氢气存在下,并在加热加压下进行。氢气的爆炸极限为4%--75%,如果操作失误或设备泄露,都极易引起爆炸。操作中要严格控制温度、压力和流量。厂房的电气设备必须符合防爆要求,且应采用轻质屋顶,开设天窗或风帽,使氢气易于飘逸。尾气排放管管要高出房顶并设置阻火器。

高温高压下的氢对金属有渗碳作用,易造成氢腐蚀,所以对设备和管道的选材要符合要求。对设备和管材要定期检测,以防事故。

3、使用其他还原剂还原

常用还原剂中火灾危险性大的有硼氢类、四氢化锂铝、氢化钠、保险粉(连二亚硫酸钠),异丙醇铝等。

常用的硼氢类还原剂为钾硼氢和钠硼氢。它们都是与水燃烧物质,在潮湿空气中能自燃,遇水和酸即分解放出大量的氢,同时产生大量的热,可使氢气燃爆。所以应储与密闭容器中,置于干燥处。钾硼氢通常溶解在液碱中比较安全。在生产中,调节酸、碱度时要特别注意防止加酸过多、过快。

四氢化锂铝有良好的还原性,但遇潮湿空气、水和酸极易燃烧,应浸在煤油中存储。使用时应先将反应器用氮气置换干净,并在氮气保护下投料和反映。反应热应由油类冷却剂取走,不应用水,防止水漏入反应器内,发生爆炸。

用氢化钠作还原剂与水、酸的反应与四氢化锂铝相似,它与甲醇、乙醇等反应也相当激烈,有燃烧爆炸的危险。

保险粉是一种还原效果不错且较为安全的还原剂。它与水发热,在潮湿的空气中能分解析出黄色的硫磺蒸汽。硫磺蒸汽自燃点低,易自燃。使用时应在不断搅拌先,将保险粉缓缓溶于水中,待溶解后再投入反应器与物料反应。

异丙醇铝常用语高几醇的还原,反应较温和。但在制备异丙醇铝是须加热回流,将产生大量氢气和异丙醇蒸汽,如果铝片或催化剂三氯化铝的质量不佳,反应就不正常。往往先是不反应,温度升高后有突然反应,引起冲料,增加了燃烧爆炸的危险性。

采用还原性强而危险性又小的新型还原剂对安全生产很有意义。例如用硫代钠代替铁粉还原,可以避免氢气产生,同时也消除了铁泥堆积问题。

三、硝化反应

有机化合物分子中引入硝基(-no2)取代氢原子而生成硝基化合物的反应,称为硝化。硝化反应时生产燃料、药物及某些炸药的重要反应。常用的硝化剂是浓硝酸或浓硝酸与浓硫酸的混合物(俗称混酸)。

硝化反应使用硝酸作为硝化剂,浓硫酸为触媒,也有使用氧化氮气体做硝化剂的。一般的硝化反应是先把硝酸和硫酸配成混酸,然后在严格控制温度的条件下将混酸滴入反应器,进行硝化反应。制备混酸时,应先用水将浓硫酸适当稀释,稀释应在有搅拌和冷却情况下将浓硫酸缓缓加入水中,并控制温度。如温度升高过快,应停止加酸,否则易发生爆溅,引发危险。

浓硫酸适当稀释后,在不断搅拌和冷却条件下加浓硝酸。应严格控制温度和酸的配比,直到充分搅拌均匀为止。配酸是要严防因温度猛升而冲料或爆炸。更不能把未经稀释的浓硫酸与硝酸混合,因为浓硫酸猛烈吸收浓硝酸中的水分而产生高热,将使硝酸分解产生多种氮氧化物,引起爆沸冲料或爆炸。浓硫酸稀释时,不可将水注入酸中,因为水的密度比浓硝酸小,上层的水被溶解放出的热量加热而沸腾,引起四处飞溅。

配制成的混酸具有强烈的氧化性和腐蚀性,必须严格防止触及棉、纸、布、稻草等有机物,以免发生燃烧爆炸,硝化反应的腐蚀性很强,要注意设备及管道的防腐蚀性能,以防止渗漏。

硝化反应时放热反应,温度越高,硝化反应速率越快,放出的热量越多,极易造成温度失控而爆炸。所以硝化反应器要有良好的冷却和搅拌,不得中途停水断电及搅拌系统发生故障。要有严格的温度控制系统及报警系统,遇有超温或搅拌故障,能自动报警并自动停止加料。反应物料不得有油脂、醋酐、甘油、醇类等有机杂质,含水也不能过高,否则易于酸反应,发生燃烧爆炸。

硝化反应器应有泄露管和紧急排放系统。一旦温度失控,紧急排放到安全地点。

硝化产物具有爆炸性,因此处理硝化物事要格外小心。应避免摩擦、撞击、高温、日晒,不能接触明火、酸、碱。卸料是或处理堵塞管道是,可用水蒸气慢慢疏通,千万不能用黑色金属敲打或明火加热。拆卸的管道,设备应移至车间外安全地点,用水蒸气反复冲洗,刷洗残留物,经分析合格后,才能进行检修。

四、磺化反应

在有机分子中导入磺酸基或其衍生物的化学反应称为磺化反应。磺化反应使用的磺化剂主要是浓硫酸、发烟硫酸和硫酸酐,都是强烈的吸水剂。吸水时放热,会引起温度升高,甚至发生爆炸。磺化剂有腐蚀作用。磺化反应和硝化反应在安全技术上基本相似。不再赘述。

五、氯化反应

以氯原子取代有机化合物中的氢原子的反应称为氯化反应。最常用的氯化剂是液态或气态的氯、气态的氯化氢和不同浓度的盐酸、磷酰氯(三氯氧化磷)、三氯化磷、硫酰氯(二氯硫酰)、次氯酸钙(漂白粉)等。最常用的氯化剂是氯气。氯气由氯化钠电解得到,通过液化存储和运输。常用的容器有储罐、气瓶和槽车,它们都是压力容器。氯气的毒性很大,要防止设备泄漏。

在化工生产中用以氯化的原料一般是甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、戊烷、苯、甲苯及萘等,他们都是易燃易爆物质。

氯化反应是放热反应。有些反应比较容易进行,如芳烃氯化,反应温度较低。而烷烃和烯烃氯化反应温度高达300-500摄氏度。在这样苛刻的反应条件下,一定要控制好反应温度、配料比和进料速度。反应器要有良好的冷却系统。设备和管道要耐腐蚀,因为氯气和氯化产物(氯化氢)的腐蚀性极强。

气瓶和储罐中的氯气呈液态,冬天气化较慢,有时需加热,以促使氯气的气化。加热一般用温水而切忌用蒸汽或明火,以免温度过高,液氯剧烈气化,造成内压过高而发生爆炸。停止通氯时,应在氯气瓶尚未冷却的情况下关闭出口阀,以免温度骤降,瓶内氯气体积缩小,造成物料倒灌,形成爆炸性气体。

三氯化磷、三氯氧磷等遇水猛烈分解,会引起冲料或爆炸所以要防水。冷却剂做好不用水。

氯化氢极易溶于水,可以用来冷却和吸收氯化反应的尾气。

六、裂解反应

广义地说,凡是有机化合物在高温下分子发生分解的反应过程都称为裂解。而石油化工中所谓的裂解是指石油烃(裂解原料)在隔绝空气和高温条件下,分子发生分解反应而生成小分子烃类的过程。在这个过程中还伴随着其他的反应(如缩合反应),生成一些特别的反应物(如有较小分子的烃缩合成较大分子的烃)。

裂解是总称,不同的情况,可以有不同的名称。如单纯加热不使用催化剂的裂解称为热裂解;使用催化剂的裂解称为催化裂解;使用添加剂的裂解,随着添加剂的不同,有水蒸汽裂解、加氢裂解等。

石油化工中的裂解与石油炼制工业中的裂化有共同点,即都符合前面所说的广义定义。但是也有不同,主要区别有二:一是所用的温度不同,一般答题以600℃为分界,在600℃以上所进行的过程为裂解,在600℃以下的过程为裂化;二是生产的目的不同,前者的目的产物为乙烯、丙烯、乙炔、联产丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等化工产品,后者的目的产物是汽油、煤油等燃料油。

在石油化工中用的最为广泛的是水蒸气裂解。其设备为管式裂解炉。

裂解反应在裂解炉的炉管内并在很高的温度(以轻柴油裂解指乙烯为例,裂解气的出口温度近800℃)很短的时间内(0.7s)完成,以防止裂解气体二次反应而是裂解炉管内结焦。

炉管内结焦会使流体阻力增加,影响生产。同时影响传热,当焦层达到一定厚度时,因炉管壁温度过高,而不能继续运行下去,必须进行清焦,否则会烧穿炉管,裂解气外泄,引起裂解炉爆炸。

裂解炉运转中,一些外界因素可能危及裂解炉的安全。这些不安全因素大致有以下几个。

1、引风机故障,引风机是不断排除炉管内烟气的装置。在裂解炉正常运行中,如果由于断电或引风机机械故障而使引风机突然停转,则炉膛内很快变成正压,会从窥视孔或烧嘴等处向外喷火,严重时会引起炉膛爆炸。为此,必须设置连锁装置,一旦引风机故障停车,则裂解炉自动停止进料并切断燃料供应。但应继续供应稀释蒸汽,以带走炉膛内的余热。

2、燃料气压力降低裂解炉正常运行中,如果燃料系统大幅度波动,燃料气压力过低,则可能造成裂解炉烧嘴回火,使烧嘴烧坏,甚至会引起爆炸。

裂解炉内采用燃料油做燃料是,如燃料油的压力降低,也会使油嘴回火。因此,当燃料油压降低时应自动切断燃料油的供应,同时停止进料。当裂解炉同时使用油和气为燃料是,如果油压降低,则在切断燃料油的同时,将燃料气切入烧嘴,裂解炉可继续维持运转。

3、其他公用工程故障,裂解炉其他公用工程中断,则废热锅炉汽包液面迅速下降,如果不及时停炉,必然会使废热锅炉炉管、裂解炉对流段锅炉给水预热管损坏。

此外,水、电、蒸汽出现故障,均能使裂解炉造成事故。在这种情况先,裂解炉应能自动停车。

七、聚合反应

由低分子单体合成聚合物的反应称为聚合反应。聚合反应的类型很多,按聚合物和单体元素组成结构的不同,可分成加聚反应和缩聚反应两大类。

单体加成而聚合起来的反应叫做加聚反应。氯乙烯聚合成聚氯乙烯就是加聚反应。

加聚反应产物的元素组成与原料单体相同,仅结构不同,其分子量是单体分子量的整数倍。

另外一种聚合反应中,除了生成聚合物外,同时还有低分子副产物生成,这类聚合反应称为缩聚反应。例如己二胺和己二醇反应生成尼龙-66的缩聚反应。

缩聚反应中的单体分子中都有官能团,根据单体官能团的不同,低分子副产物可能是谁、醇、氨、氯化氢等。

由于聚合物的单体大多数都是易燃易爆物质,聚合反应多在高压下进行,反应本身又是放热过程,所以如果反应条件控制不当,很容易出事故。例如乙烯在温度为150~3000℃;压力为130~300mpa的条件下聚合成聚乙烯。在这种条件先,乙烯不稳定。一旦分解,会产生巨大的热量。进而反应加剧,可能引起暴聚,反应器和分解器可能发生爆炸。

聚合反应过程中的不安全因素

1、单体在压缩过程中或在高压系统中泄漏,发生火灾爆炸。

2、聚合反应中加入的引发剂都是化学活泼性很强的过氧化物,一旦配料比控制不当,容易引起暴聚,反应器压力骤增易引起爆炸。

3、聚合反应未能及时导出,如减半发生故障、停电、停水,由于反应釜内聚合物粘壁作用,使反应热不能导出,造成局部过热或反应釜急剧升温,发生爆炸,引起容器破裂,可燃气外泄。

针对上述不安全因素,应设置可燃气体检测报警器,一旦发现设备、管道有可燃气体泄漏,将自动停车。

对催化剂、引发剂等要加强存储、运输、调配、注入等工序的严格管理。反应釜的搅拌和温度应有检测和联锁,发现异常能自动停止进料。高压分离系统应设置爆破片、导爆管,并有良好的静电接地系统。一旦出现异常,及时泄压。